موضوع: ارزيابي فني سيستم هاي آبياري باراني اجرا شده در شهرستان اراك - بخش اول

تالیف: سعيد برومند نسب[1] – مجيد بهزاد[2] – اسدالله محسني موحد[3] – فرانك برادران[4]

چکیده: یكي از بحران هاي جوي و تشديد شونده كه هم اكنون جهان و مخصوصاً كشور ايران با آن روبروست مسئله كمبود آب مي باشد كه در بخش كشاورزي با اجراي طرح هاي آبياري تحت فشار تا حد زيادي مي‌توان راندمان مصرف را افزايش داد و به حل اين معضل كمك نمود . يكي از اجزاي لاينفك هر آبياري به منظور اصلاح سيستم و مديريت آن ، ارزيابي مي باشد .

در اين تحقيق 9 سيستم آبياري باراني ( كلاسيك ثابت با آبپاش متحرك و آبفشان غلطان ) در شهرستان اراك به عنوان نمونه انتخاب و مورد ارزيابي قرار گرفت . مقادير ضريب يكنواختي  CU ، يكنواختي توزيع  DU، راندمان پتانسيل كاربرد  PELQ، راندمان واقعي كاربرد آب AELQ و حداكثر اختلاف فشار∆Pmax   در سيستم هاي كلاسيك ثابت به ترتيب 16/76 ، 53/647 ، 53/55 ، 48/51 و 23/45 درصد ، در سيستم هاي آبفشان غلطان به ترتيب 86/81 ، 02/76 ، 67 ، 67 و 29 درصد محاسبه شدند . متوسط تلفات پاششي و نفوذ عمقي به ترتيب در سيستم هاي كلاسيك ثابت 78/12 و 83/32 درصد و در سيستم هاي آبفشان غلطان 22/12 و 53/2 درصد محاسبه شدند . در سيستم هاي كلاسك ثابت كليه پارامترها كمتر از حد انتظار بوده است و در شرايط باد آرام سيستم هاي آبفشان غلطان عملكرد بهتري نسبت به سيستم هاي كلاسيك داشته اند . به منظور تجزيه و تحليل بهتر الگوي توزيع آب در اطراف آبپاش هاي مورد آزمايش و منحني كفايت آبياري ترسيم گرديد . در تمامي سيستم هاي آبفشان غلطان با اعمال كم آبياري راندمان پتانسيل و راندمان واقعي كاربرد آب برابر بوده و كمتر بودن راندمان واقعي از راندمان پتانسيل در سيستم هاي كلاسيك نشان دهنده آبياري بيش از نياز در برخي موارد و افزايش تلفات نفوذ عمقي نسبت به سيستم هاي آبفشان غلطان بوده است . به طور كلي مي‌توان گفت كه مشكلات اصلي طرح هاي آبياري باراني عدم دقت در طراحي و اجرا كه از جمله   مي‌توان به پائين بودن يكنواختي توزيع  آبپاش ها ، نامناسب بودن فشار و توزيع غير يكنواخت آن ، فواصل نامناسب آبپاش ها ، طول نامناسب لوله هاي جانبي اشاره نمود و همچنين عدم مديريت و نگهداري صحيح از سيستم ها و به كار بردن وسايل با كيفيت نامناسب بوده است . 

واژ هاي كليدي : باراني ، يكنواختي توزيع ، راندمان پتانسيل ، راندمان واقعي ، كلاسيك ثابت ، آبفشان غلطان

مقدمه

كمبود ريزش هاي جوي و پراكنش نامناسب زماني و مكاني آن ، كشور ما را در زمره كشورهاي خشك و نيمه خشك قرار داده است و در حالي كه حدود 94 درصد برداشت از منابع آب قابل تجديد به بخش كشاورزي اختصاص مي يابد ، راندمان كل آبياري در اين بخش به طور متوسط 30 تا 35 درصد تخمين زده مي شود كه در بخش كشاورزي با اجراي طرح هاي آبياري تحت فشار تا حد زيادي        مي‌توان راندمان مصرف را افزايش داد و به حل اين معضل كمك نمود . يكي از اجزاي لاينفك هر آبياري به منظور اصلاح سيستم و مديريت آن ، ارزيابي مي باشد .

آناليز هر روش آبياري كه بر پايه اندازه‌گيري ها ، در شرايط واقعي مزرعه و حين كار استوار باشد را ، ارزيابي آبياري در مزرعه گويند [2] .

مروري بر تحقيقات

باغباني (1374) تغييرات ارتفاع آبپاش ها بر تلفات تبخير و بادبردگي در سيستم آبياري دوار مركزي را مورد بررسي قرار داد و نتيجه گرفت كه در سرعت هاي باد بيش از 2 متر برثانيه ، چنانچه ارتفاع   نازل ها از 25/2 متربه 65/1 متري سطح زمين برسد ، حدود 50 درصد از تلفات تبخير و بادبردگي كاسته خواهد شد [4] .

اكرم (1363) ارتباط ضريب يكنواختي با زاويه پرتاب آبپاش ها را تحت شرايط مختلف باد و با فشارهاي بسيار كم مورد بررسي قرار داده و نتيجه گرفت كه در شرايط بدون باد ، زاويه پرتاب 36 درجه و در شرايط باد با شدت متوسط ( 3 تا 6 متر برثانيه ) زاويه پرتاب 30 درجه بهترين توزيع يكنواختي را دارند [3] .

عطائي (1376) در مناطق اصفهان تعدادي از طرح هاي آبياري تحت فشار را مورد ارزيابي قرار داد و راندمان پتانسيل آبياري باراني و قطره‌اي را به ترتيببين 18 تا 70 و 28 تا 62 درصد و متوسط راندمان واقعي كاربرد را 51 و 37 درصد اعلام نمود [6] .

 ابراهيمي (1375) چند سيستم آبياري باراني كلاسيك و آبفشان غلطان را در مناطق مشهد و تربت حيدريه مورد ارزيابي قرار داد و راندمان پتانسيل كاربرد را از 54 تا 62 درصد به دست آورد [1] . 

فراست و شوالن [1] (1955) براي تعيين تلفات تبخير و باد از آبپاش ها نموگرامي را ارائه دادند و تريمر روي آن تجزيه و تحليلي انجام داد و منجر به ارائه مدل هايي براي تعيين تلفات و تبخير و تعرق شد [7] .

چوشينگ[2] (1998)  با ارائه يك مدل ، رابطه بين يكنواختي توزيع و عملكرد محصول و كم آبياري را بررسي نمودند و رابطه خوبي را به دست آوردند [8] .       

كنت و سولومون [3] (1990) در مورد رابطه تابع توليد با يكنواختي تحقيقاتي انجام دادند و نتيجه گرفتند كه در توابع توليد چند جمله اي درجه اول ، عملكرد به ميانگين ، انحراف معيار ، چولگي و كشيدگي داده هاي آزمايش يكنواختي بستگي داشته ، در حالي كه در توابع توليد درجه دوم ، عملكرد به ميانگين و انحراف معيار بستگي دارد [9] .

تارجوئلو و همكاران [4] (1999) يك مدل را براي افت ناشي از تبخير و بادزدگي در شرايط          نيمه خشك ارائه نمودند كه عواملي شامل نوع آبپاش ، تركيب نازل ، كمبود فشار بخار و سرعت باد در آن اثر داشتند و دريافتند كه ضريب يكنواختي با افزايش سرعت  باد تا 20 كيلومتر بر ساعت به صورت خطي كاهش يافته و از آن به بعد ، كاهش بيشتري دارد [10] . 

مواد و روش ها

به طور كلي در اين مطالعه در شرايط اقليمي يكسان از دو نوع سيستم ( كلاسيك ثابت با آبپاش متحرك و آبفشان غلطان ) ، دو نوع بافت خاك ( متوسط و سنگين ) و دو نوع محصول ( يونجه و    سيب زميني ) استفاده شده است . در جدول (1) مشخصات سيستمهاي آبياري باراني مورد ارزيابي آورده شده است . لازم به ذكر است كه هدف اصلي مطالعه حاضر ، ارزيابي عملكرد سيستم آبياري باراني بوده و بررسي اثرات فاكتورهاي مختلف بر عملكرد سيستم مدنظر نمي باشد . هچنين كليه آزمايشات در شرايط جوي آرام انجام پذيرفته و در كليه موارد سرعت باد كمتر از 6 كيلومتر در ساعت بوده است .

 

جدول (1)-  مشخصات سيستمهاي آبياري باراني مورد مطالعه

كدسيستم

 

منطقه

 

نوع سيستم

 

محصول

مساحت

 ( هكتار )

 

منبع آب

تعداد لوله هاي

جانبي يا آبپاش

 درحال كار

فواصل آبپاشها

 ( متر* متر )

 

 

مدل آبپاشها

GK1

گاوخانه

كلاسيك ثابت

يونجه

100

چاه

12

33*21

AD5

GK2

گاوخانه

كلاسيك ثابت

سيب زميني

25

چاه

6

25*21

Ambo

MK1

ميقان

كلاسيك ثابت

سيب زميني

15

چاه

4

25*25

Ambo

MK2

ميقان

كلاسيك ثابت

سيب زميني

48

چاه

7

25*25

Ambo

VK

ورزنه

كلاسيك ثابت

سيب زميني

24

چاه

6

27*25

jaleh5

AW1

امان آباد

آبفشان غلطان

سيب زميني

50

چاه

3

15*12

nelsonf33

AW2

امان آباد

آبفشان غلطان

سيب زميني

100

چاه

3

18*12

nelsonf33

MW1

مشك آباد

آبفشان غلطان

سيب زميني

250

چاه

1

18*12

nelsonf33

MW2

مشك آباد

آبفشان غلطان

سيب زميني

88

چاه

2

15*12

nelsonf33

  به منظور ارزيابي سيستمها مورد نظر ابتدا اطلاعات اوليه نظير توپوگرافي ، مشخصات منابع تأمين آب ، پمپاژ ، لوله هاي اصلي ، نيمه اصلي و جانبي و مشخصات آبپاش ها ، شيرهاي قطع و وصل و نقشه جزئيات اتصالات جمع آوري گرديد . مرحله بعدي اندازه‌گيري پارامترهاي ارزيابي در مزرعه است كه شامل مراحل زير بود :

1- اندازه‌گيري پارامترهاي خاك كه شامل بافت خاك ( به روش هيدرومتري و استفاده از مثلث بافت خاك ) ، جرم حجمي خاك ، رطوبت خاك قبل از آبياري به منظور تخمين كمبود رطوبت خاك (SMD) ، رطوبت خاك در ظرفيت زراعي (FC) و سرعت نفوذ نهائي خاك مي باشد .

2- اندازه‌گيري پارامترهاي گياهي كه شامل عمق توسعه ريشه مي باشد .

3- اندازه‌گيري پارامترهاي اقليمي كه شامل سرعت و جهت باد ، تبخير و رطوبت و درجه حرارت       مي باشد .

4- اندازه‌گيري هاي مربوط به سيستم آبياري

الف ) دبي آبپاش كه توسط دو شيلنگ و يك سطل مدرج و يك كرنومتر اندازه‌گيري گرديد .

ب ) فشار آبپاش كه با استفاده از فشار سنج و لوله پيتو متصل به آن اندازه‌گيري گرديد .

ج ) اندازه‌گيري توزيع آب : ابتدا يكي از لوله هاي جانبي انتخاب شد و سپس قوطي هاي جمع آوري آب معمولاً در شبكه هاي 3*3 متر بين دو آبپاشي كه داراي فشار متوسط بود ، چيده شد . مدت آزمايش بسته به شرايط مزرعه معمولاً بين 1 تا 2  ساعت انتخاب مي‌گرديد . در نهايت حجم آب جمع شده در قوطي ها به وسيله استوانه مدرج 500 ميلي ليتر اندازه‌گيري مي‌گرديد .

براي تعيين ضريب يكنواختي (CUt) از معادله زير استفاده گرديد .

كه در آن Di برابر عمق آب در هر يك از قوطي هاي جمع آوري در شبكه محاسباتي بر حسب ميلي متر ، برابر متوسط عمق هاي آب جمع شده در قوطي ها بر حسب ميلي متر و n برابر تعداد مشاهدات مي باشد . براي تعيين يكنواختي توزيع آب در ربع پائين (DUt) متوسط يك چهارم پائين مشاهدات به متوسط مشاهدات تقسيم گرديد . راندمان واقعي كاربرد آب در ربع پائين (AELQt) از تقسيم ميانگين يك چهارم كمترين عمق هاي آب ذخيره شده در ناحيه ريشه به ميانگين عمق آب آبياري محاسبه گرديد . البته زماني كه ميانگين عمق آب نفوذ كرده در خاك در يك چهارم نمونه ها از كمبود رطوبت خاك بيشتر بود ، AELQ از تقسيم كمبود رطوبت خاك بر ميانگين عمق آب آبياري محاسبه شد . براي تعيين راندمان پتانسيل كاربرد در ربع پائين (PELQt) از معادله زير استفاده شد .

كه در آن Dq برابر ميانگين يك چهارم كمترين عمق هاي آب نفوذ يافته كه برابر حداكثر تخليه مجاز باشد بر حسب ميلي متر و Dr برابر متوسط عمق آب آبياري بر حسب ميلي متر مي باشد .

مقاديري كه براي پارامترهاي فوق به دست مي آيد بايستي با توجه به اختلاف فشار موجود در سيستم تعديل شوند تا بتوان آن را به كل سيستم نسبت داد كه روابط آن به صورت زير مي باشد :

 

 

كه در آنها انديس s به سيستم و انديس t به بلوك آزمايش مربوط مي شود و   و  و  به ترتيب فشارحداقل ، متوسط و حداكثر داخل سيستم آبياري و ER فاكتور كاهش راندمان مي باشد .

پس از تعيين پارامترهاي مورد نياز با تبديل شبكه نمونه برداري به شبكه محاسباتي و براساس روابط مربوطه پارامترهاي ارزيابي محاسبه گرديد [2،5] .

با استخراج آمار مساحت آبياري شده و عمق آبياري منحني كفايت آبياري و نيز از مختصات شبكه   نمونه برداري و شبكه محاسباتي و عمق آبياري در اين نقاط منحني الگوي توزيع آب و منحني هاي هم عمق آب آبياري تعيين و ترسيم گرديد و تلفات نفوذ عمقي از منحني كفايت آبياري و تلفات پاششي با توجه به روابط مربوطه تعيين گرديد . ادامه دارد...

 

 


1. دانشيار دانشكده مهندسي علوم آب دانشگاه شهيد چمران اهواز

2. دانشيار دانشكده مهندسي علوم آب دانشگاه شهيد چمران اهواز

3. استاديار دانشكده كشاورزي دانشگاه بوعلي سينا همدان

4. دانشجوي كارشناسي ارشد دانشكده مهندسي علوم آب دانشگاه شهيد چمران اهواز 

 

[1] . Frost $ Schwalon

[2]   .Jiusheng

[3] . Kenneth $ Solomon

[4] . Tarjuelo